struktur bambu laminasi dengan konektor

Transkripsi

1 Gambar Hubungan Stabilized loop level-persentase kekakuan siklus (%K c ) Gambar Hubungan Stabilized loop level-hysteresis Energy Gambar Hubungan Stabilized loop level-potential Energy Gambar Hubungan Stabilized loop level-evdr Gambar Proses uji siklik sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja dikarter Gambar Skema splitting yang terjadi pada bambu bambu Gambar laminasi akibat uji siklik Kerusakan yang terjadi pada sambungan balokkolom struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja dikarter saat mendekati beban leleh Gambar Splitting dan kerusakan yang terjadi pada balok struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja dikarter saat beban ultimit Gambar Rotasi balok dan alat sambung yang terjadi pada uji siklik sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi dengan konektor pelat baja polos Gambar Tahanan momen -rotasi join sambungan sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi menggunakan konektor pelat baja dikarter dan baut dengan parameter kurva hysteresis model Kivell Gambar Tahanan momen -rotasi join sambungan sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi menggunakan konektor pelat baja polos dan baut dengan parameter kurva hysteresis model Kivell Gambar Geometri model numerikal sambungan balokkolom struktur bambu laminasi Gambar Meshing model 3d solid analisis numerikal sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi Gambar Definisi grup kontak elemen Gambar Definisi kontak elemen, contact surface, dan contact pair Gambar Hubungan reaksi arah sumbu y dan displacement arah sumbu y, tegangan sumbu y dan model pasca runtuh Gambar Hubungan tahanan momen-rotasi joint sambungan hasil ekperimen (benda uji BC-PD- C; BC-PD-C dan BC-PP-C) dan hasil numerikal xxi

2 Gambar Gambar sambungan bambu laminasi -pelat bajabambu laminasi pada tiga mode kelelahan Gambar Gambar joint sambungan, tahanan momen kelompok (M k ) dari gabungan beberapa tahanan lateral baut (Z M,j ) xxii

3 DAFTAR NOTASI A luas penampang λ faktor waktu C faktor aksi kelompok C nilai koreksi geometrik d diameter baut E modulus elastisitas E d energi disipatif EL modulus elastisitas arah longitudinal ER modulus elastisitas arah radial ET modulus elastisitas arah tangensial E c// modulus elastisitas tekan sejajar serat E modulus elastisitas tekan tegak lurus serat E T// modulus elastisitas tarik sejajar serat E modulus elastisitas tarik tegak lurus serat E S// modulus elastisitas geser sejajar serat F gaya F Bolt gaya pretension baut f e kuat tumpu baut F M,j gaya baut equivalen dengan tahanan lateral baut F yb kuat lentur leleh baut Fe kuat tarik baja GLT modulus rigiditas longitudinal-tangensial GRT modulus rigiditas radial-tangensial I momen inersia penampang l panjang bentang K e kemiringan kurva beban-lendutan pada daerah elastik K c kekakuan siklus K p kemiringan kurva beban-lendutan pada daerah pasca beban batas proporsional k o kekakuan elastik λ 1.k o kekakuan bilinier pasca elastik λ 2.k kekakuan unloading L panjang bentang balok lb panjang baut M momen lentur M ux momen lentur terfaktor MC moisture content atau kadar air M k tahanan momen joint MOE modulus of elasticity MOR modulus of rapture M yb momen lentur baut n jumlah baut P beban terpusat P off5% beban offset 5% xxiii

4 P u beban ultimit q faktor q r 1 radius baut ke titik pusat kelompok baut R l rotasi saat beban leleh R m rotasi saat beban maksimum R u rotasi saat beban ultimit s maks jarak antar baut maksimum S modulus penampang balok utuh SG specific gravity t tebal benda uji TM l tahanan momen leleh TM m tahanan momen maksimum TM u tahanan momen ultimit T u gaya tarik terfaktor V volume benda uji pada kondisi kering udara W basah berat benda uji pada kondisi sebelum dikeringkan (kering udara) W ef modulus penampang efektif sistem laminasi-paku W kering berat benda uji pada kondisi setelah dikeringkan (kering oven) y jarak dari garis netral ke serat tepi terluar Z tahanan lateral Z k tahanan lateral konektor baja dan baut ε regangan ε c// regangan tekan sejajar serat ε cu// regangan ultimit tekan sejajar serat ε u// regangan ultimit tarik sejajar serat ε regangan tekan tegak lurus serat σ tegangan σ b kuat lentur balok utuh σ bp kuat lentur pada batas proporsional σ bu kuat lentur pada batas ultimit σ c// kuat tekan sejajar serat σ kuat tekan tegak lurus serat σ cu// kuat ultimit tekan sejajar serat σ e// kuat tumpu sejajar serat σ kuat tumpu tegak lurus serat σ kuat tumpu untuk beban bersudut terhadap serat σ kuat tumpu kayu σ T// kuat tarik sejajar serat σ kuat tarik tegak lurus serat σ s// kuat geser sejajar serat θ sudut antara arah beban terhadap arah serat ϕ faktor tahanan sambungan τ tegangan geser equivalen τ lim tegangan geser batas µ daktilitas µ u daktilitas struktur global xxiv

5 µ s koefisien gesek statik γ faktor pengali beban v LT rasio Poisson longitudinal-tangensial v TL rasio Poisson tangensial-longitudinal v LR rasio Poisson longitudinal-radial v RL rasio Poisson radial-longitudinal v RT rasio Poisson radial-tangensial v TR rasio Poisson tangensial-radial Δ perubahan panjang Δo panjang mula-mula Δu lendutan ultimit Δy lendutan leleh tahanan lateral baut Z M,j xxv

6 DAFTAR ISTILAH Dikarter : pengkasaran permukaan material membentuk mikro piramida yang runcing, dibentuk dengan menggunakan alat mesin fraise mata pisau V. istilah ini sudah dibahasa Indonesiakan dan banyak digunakan dibidang ilmu Teknik Mesin. Dowel Embedment Kuat tumpu/ embedding strength : alat sambung pasak sejenis baut, paku, sekrup dan pin-dorong. : deformasi atau penurunan yang terjadi pada material akibat desakan dowel. : kuat batas dari material di sekeliling lubang yang terbebani tekan oleh dowel. Longitudinal serat bambu : sumbu yang sejajar dengan arah tumbuh (vertikal) bambu. Radial serat bambu : sumbu pada penampang melintang bambu dari dalam menuju kulit bambu. Tahanan lateral sambungan : kekuatan lateral sambungan yang bekerja tegak lurus terhadap sumbu longitudinal alat sambung. Tangensial serat bambu : sumbu pada penampang melintang bambu yang bersinggungan dengan arah radial. xxvi

7 INTISARI Bambu laminasi merupakan rekayasa bahan bangunan dari perekatan bilahbilah bambu, yang memiliki keunggulan dapat dibuat berbagai ukuran, sifat mekanika yang lebih baik dibandingkan dengan bahan dasarnya dan berpotensi baik sebagai alternatif pengganti kayu. Aplikasinya sebagai bahan bangunan gedung bertingkat menarik untuk dikembangkan. Sambungan merupakan bagian terlemah dan membutuhkan perhatian khusus, sehingga diperlukan penelitian sambungan struktur bambu laminasi dalam rangka mendapatkan struktur yang aman terhadap berbagai pembebanan. Dalam penelitian ini difokuskan pada bambu laminasi-pelat baja dikarter-bambu laminasi (BL-PD-BL). Pelat baja dikarter berfungsi sebagai konektor sambungan dan frictional damper struktur bambu laminasi menggunakan alat sambung baut. Lingkup penelitian adalah pengaruh sudut beban terhadap arah serat pada nilai kuat tumpu, spasi sambungan bambu laminasi, tahanan lateral acuan (Z) BL-PD-BL menggunakan alat sambung baut, pengaruh pelat konektor dikarter, perilaku sambungan momen dan balokkolom akibat beban monotonik dan siklik. Dalam penelitian ini bambu laminasi terbuat dari bambu petung dan perekat UA 181. Uji awal sifat mekanika bambu laminasi bertujuan untuk mendapatkan model perilaku nonlinear bahan, mengacu pada ASTM D2395 dan ASTM D143. Uji mekanika alat sambung pelat dan baut mengacu ASTM E8 dan ASTM F Tahap penelitian berikutnya adalah uji kuat tumpu bambu laminasi, tahanan lateral acuan (Z) BL-PD-BL menggunakan alat sambung baut. Uji tahanan lateral mengacu pada ASTM D5764, NDS dan Eurocode5. Permukaan pelat baja dikarter diperoleh dari pengkasaran permukaan pelat menggunakan mesin fraise dengan mata pisau V Sambungan struktural berupa sambungan momen dan balok-kolom dilakukan uji eksperimental dan analisis numerikal. Uji eksperimental sambungan momen berupa uji monotonik 4 titik perletakan sendirol pada dua buah balok bambu laminasi dimensi mm 3 disambung menggunakan alat sambung pelat konektor baja dimensi mm 3 dan baut diameter 12,2 mm. Sambungan balok-kolom digunakan balok dimensi mm 3 dan kolom penampang ganda dimensi mm 3 menggunakan pelat konektor baja dimensi mm dan baut diameter 12,2 mm, di uji monotonik dan siklik menurut ISO Analisis numerikal menggunakan elemen hingga nonlinier. Perilaku mekanika bambu laminasi pada analisis numerikal dimodelkan sebagai bahan nonlinier plastic orthotropic material, pelat baja dan baut dimodelkan sebagai elasto-plastik bilinier. Pemodelan analisis numerikal menggunakan 2D plane stress dan 3D elemen solid, kontak elemen dan pembebanan kontrol displacement. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kuat tumpu bambu laminasi dipengaruhi secara nyata oleh sudut beban terhadap arah serat (loading-to-grain angle). Kuat tumpu menurun seiring dengan perubahan sudut beban dari sejajar menuju tegak lurus serat. Hasil uji ini dapat dianalisis dengan formula Hankinson konstanta m=2 dan angka r = 0,985. Jarak ujung pada daerah tekan boleh lebih pendek 33% dibandingkan dengan ketentuan konstruksi kayu. Hasil pengujian dan analisis numerikal ini menguatkan persyaratan spasi antar baut berdasarkan ketentuan xxvii

8 SNI dapat diaplikasikan pada sambungan struktur bambu laminasi. Tahanan lateral sambungan baut sejajar serat lebih tinggi 8,38% - 11,81% daripada arah tegak lurus serat, baik dengan pelat polos maupun pelat dikarter. Tahanan lateral pelat konektor dikarter lebih tinggi 8,05% - 20,22% daripada pelat konektor polos. Perlakuan pelat dikarter meningkatkan kekakuan sambungan baut sejajar arah serat dan tegak lurus serat berturut-turut sebesar 93,6% dan 63,38%. Konektor pelat dikarter pada sambungan balok-kolom struktur bambu laminasi meningkatkan tahanan momen leleh, kekakuan elastis struktur (K e ), hysteresis energy (HE), energi potensial, energi disipasi masing-masing sebesar 31,28%; 33,12%, 28,82%, 20,48%; 5,89% dibandingkan konektor pelat polos. Perilaku sambungan struktur bambu laminasi sangat dipengaruhi oleh sifat mekanika bahan terutama kuat tarik tegak lurus arah serat. Analisis numerikal dapat bersesuaian dengan perilaku sambungan bambu laminasi-pelat baja-bambu laminasi menggunakan alat sambung baut. Model elemen hingga menggunakan elemen kontak, geometri dowel dan material bambu laminasi yang tepat berpengaruh besar pada hasil analisis numerikal. Kata kunci: bambu laminasi, pelat dikarter, kuat tumpu, tahanan lateral, bahan nonlinier xxviii

9 ABSTRACT Laminated bamboo is a building-material engineering from bamboo splits, which excellence is that it can be made to be various sizes, its mechanical properties is better compared with its basic materials and it is a good potential alternative to wood. Its application as multi-storey building materials is interesting to be developed. The joint is the weakest part and requires special attention, so that the research regarding to the joint structure of laminated bamboos is needed in order to obtain a safe structure to a variety of loadings. The current study focused on laminated bamboo-dikarter steel plate-laminated bamboo (BL-PD- BL). Dikarter steel plate serves as a joint connector and frictional damper of laminated-bamboo structure using bolts. The scope of the study is the effect of loading to grain angle of bearing strength, laminated-bamboo-joint space, lateral reference resistance (Z) BL-PD-BL using bolts, the effect of dikarter connector plates, mechanic behavior of moment connection and beam-column due to cyclic and monotonic load. In this study, laminated bamboo was made from petung bamboo and UA 181 adhesive. The initial test on characteristic of laminated bamboo aims to the nonlinear behavior model of materials, refering to ASTM D2395 and ASTM D143. The mechanic test of plate and bolt refers to ASTM E8 and ASTM F The next research step was test of bearing strength, lateral reference resistance (Z) BL -PD -BL using the bolts. The lateral resistance test refers to ASTM D5764, NDS and Eurocode5. The surface of dikarter steel plate was obtained from coarsening the plate surface using a fraise machine with blade V The structural connections of the moment and beam-column joint was tested experimentally and analyzed numerically. Experimental test of a moment joint was monotonic test on 4 restraint points of pin-roll on two laminated bamboo beam with the dimension of mm 3 that was connected using steel plate with the dimension of mm 3 and 12.2 mm-diameter bolts. The beam-column joint used the beam with the dimension of mm 3 and double- cross-section column with the dimension of mm 3 using steel plate with the dimension of mm and 12.2 mm-diameter bolts, in monotonic and cyclic tests according to ISO The numerical analysis used nonlinear finite element. Mechanical behavior of laminated bamboo in the numerical analysis was modeled as nonlinear plastic orthotropic material, steel plates and bolts were modeled as elasto-plastic bilinear. The modeling of numerical analysis used 2D plane stress and 3D solid element, a contact element and a displacement control load. The results showed that the bearing strength of laminated bamboo was significantly influenced by loading-to-grain-angle. The bearing strength decreased with the changes of the load angle from the parallel to the perpendicular to grain. The test results could be analyzed with the constant of Hankinson formula m= 2 and r= The end distance on pressure area might be shorter 33% than the wood construction requirements. This result of testing and numerical analysis that strengthened the requirements of space among bolts based on the provision SNI can be applied to the structure connection of laminated bamboo. The lateral xxix

10 resistance of bolt connection parallel to grain was higher 8.38%-11.81% than perpendicular to grain, both with plain plate and dikarter plate. The lateral resistance of dikarter connector plate was higher 8.05%-20.22% than plain connector plate. The treatment of dikarter plate increased the stiffness of the connection of parallel to grain and perpendicular to grain about 93.6% and 63.38% respectively. The dikarter plate connector on beam-column connection of laminated bamboo structure increased yield moment resistance, elastic rigidity of structure (K e ), hysteretic energy (HE), potential energy, and dissipation energy respectively about 31.28%, 33.12%, 28.82%, 20.48%, 5.89% compared to the plain plate connector. The behavior of structure connection of laminated bamboo was strongly influenced by mechanic characteristic of material, mainly tensile strength perpendicular to grain. The numerical analysis can correspond to the connection behavior of laminated bamboo-dikarter steel plate-laminated bamboo using bolts. The finite element model used contact element, dowel geometry and the appropriate material of laminated bamboo that strongly influenced the result of numerical analysis. Keywords: laminated bamboo, dikarter plate, bearing strength, lateral resistance, nonlinear material xxx

11